JPS63111268A - エンジンの排熱利用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明番よ、例えば、エンジンの餠熱を有効利用して
、エンジン停止後の補機作動に用いるようなエンジンの
排熱利用装置に関する。

（従来技術） 従来、例えば、エンジンの補機類を作動するには、バッ
テリによって励磁されるＶｌｆ１＋ｖを回転して、固定
Ｕられたコイルに三相交流電流を生じさせ、これをダイ
オードで整流して、直流として取出寸オルタネータが用
いられていた。

しかし、オルタネータは８昂が大きい関係上、エンジン
の出力ロスが生ずる問題点があった。

そこで、エンジンの排熱を有効利用して発電する装置が
既に発明されている。例えば、特開昭６０−１９５３２
７号公報に記載の装置なとである。

この装置は、吸熱により発電づる熱発電り子と、通電に
より吸熱する冷却格子とを１１ａ記熱発電素子の流す電
流により、該冷却素子が吸熱作用を生ずるＪ：うに各々
結線して開回路を構成し、前記熱発電素子を排気マニホ
ルド外周部やマノラ外周部などの内燃機関の放熱部に設
（プ、前記冷却系子を燃料噴射弁や自動牛用収納ボック
スなどの内燃機関附属機器の要冷却部に設けて、エンジ
ンの排熱を有効利用して必要箇所を冷ＩＪＩすべく構成
した装置である。

この従来装置は、上述の如くエンジン停止後を利用して
冷却を行なうものであるから、補機作動用の熱雷発電を
行うことはでさない。

仮に、熱雷発電を行なうように構成を変更したとしてｂ
、充分な温度勾配を得ることができないので、効率のよ
い発電を行なうことができない問題点を有していた。

（発明の目的） この発明は、高い温度勾配を得ることができて、効率の
よい熱雷発電を行なうことができるエンジンの排熱利用
装置の提供を目的とする。

（発明の構成） この発明は、一端を高温に、他端を低温に保持すること
でゼーベック効果により熱起電力を発生ずる熱光ｆＱ素
子を設け、上記熱光？ｌｆ２素子の一端をエンジンの高
温部に隣接して配設すると共に、他端をエンジン冷却水
通路に隣接して配設したエンジンのＩＪＦ熱利用装置で
あることを特徴とする。

（発明の効果） この発明によれば、上述の熱発電素子の一端をエンジン
高温部に、他端を冷却水通路にそれぞれ配設して、熱発
電素子両端間で高い温度勾配を得ることができるので、
熱起電力の発生が大となり、効率のＪ、い発電を行なう
ことができる。

（実施例） この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。

図面はエンジンの排熱利用装置を示し、第１図、第２図
、第３図にＪ３いて、エンジン１のシリンダブロック２
の内周部には、ウェットタイプのシリンダライナ３を嵌
合し、このシリンダライナ３内にビスｌ〜ン４を配設し
ている。

また、上述のシリンダライナ３とシリンダブロック２と
の間には、第１図に示す如き、ウォータジャケット５を
、さらにシリンダブロック２の上端部には、第１図乃至
第３図に示す如ぎ、ウォータジャケット６をそれぞれ形
成している。

そして、上述のウォータジャケット６と燃焼室７との間
には、内周部が燃焼室７に、また外周部がウォータジャ
ケット６にそれぞれ位７１する円環状の熱発電素子８を
配設している。

この熱発電素子８は、第２図に示Ｊ如く、ｎ型半導体ｎ
とｐ型半導体ｐとを交互に配列すると共に、燃焼室７側
の内周部には高温側受熱板９を、またウォータジャケッ
ト６側の外周部には、各半導体ｎ１ｐ毎に位置して、相
間絶縁された低温側放熱板１０をそれぞれ接合して、ゼ
ーベック効果（Ｓｅｃｂｅｃｋ　ｅｆｆｅｃｔ）を１り
るように構成している。

さらに、上述のｎ型半導体ｎとｐ型半脣体ｐとの間、熱
光Ｔｉ素子８とガスケット１１との間、並びに熱発電素
子８とシリンダライナ３上端との間には、それぞれ耐熱
性断熱材１２を配設し、該断熱材１２のシリンダライナ
３上端と対向する部分には、流体の漏れを防ぐためのラ
ビリンス満１３を形成している。また、上述のシリンダ
ライナ３内には通気孔１４を形成している。

なお、第３図に示す断熱構造に代えて、第４図に示す如
く、断熱材１２の下部と、シリンダライノー３上端面と
の間に空気断熱層αを形成してもよい。

一方、前述のシリンダブロック２の上端にはガスケット
１１を介してシリンダヘッド１５を取付り、このシリン
ダラド１５には前述のつＡ−タジャケット６と連通１−
る別のつＡ−クジＶクット１６を形成すると共に、吸気
弁１７、排気弁１８の開閉により、適宜燃焼室７と連通
する吸気ボート１９Ｊ３よび排気ボート・２０をそれぞ
れ形成している。

上述の耕気ボート２０側のウォータジャタラ１〜１６と
該排気ボート２０との間にも、前述同様に熱発電素子２
１を配設している。この熱弁ｒＢ系子２１は内周部が排
気ボート２０に、また外周部がつＡ−クジ１！ウツド１
６にそれぞれ位ｖ１する円環状のふ子で、その具体的構
造は第５図に示す通りである。

寸なわら、この熱発電素子２１は、ｎ型半導体ｎとｐ型
半導体ｐどを交互に配列Ｊると共に、１Ｊ＋気ボート２
０側の内周部には高温側受熱板２２を、またウォータジ
ャケット１６側の外周部には、各半導体「１、ｐ毎に位
置して相互間を絶縁性シール材２３で相間絶縁した低温
側放熱板２４をそれぞれ接合して、ゼーベック効果を１
！７ろようにＩＭ成している。

さらに、上述のｎ型半導体ｎとｐ型半導体ｐとの間には
断熱材２５を配設する一方、前述の高温側受熱板２２を
複数に分割して、隣接する受熱板２２．２２間には上述
の断熱材２５配設部に対応して膨張緩衝板２６を介設し
、高温加熱による受熱板２２の熱膨張を吸収すべく構成
している。

ここで、前述の熱発電素子８，２１の形成材料としては
、例えば、カルコゲン化合物（Ｂｉ２Ｔｅ３゜ＰｂＴｅ
　）や金属珪化物のＣｒＳｉ２．　ＨｎＳｉｌ、　７３
．　ｒｅｓｉ２、Ｃ０８ｉぞの他を用いることができる
。

一方の前述の排気ボート２０と連通するようにシリンダ
ヘッド１５の所定箇所には、ガスケット２７を介して排
気マニホルド２８を接続し、このエンジン排気系の中途
部にお１」る排気ボート２０近傍にも、前述同様に熱発
電索子２９を配設している。

すなわら、上述の排気マニホルド２８と排気管３０との
間に、ガスケット３１．３２を介して介設ツる金属製ス
ペーサ３３を設けて、このスペーナ３３にウォータジャ
ケット３４を形成、上述の熱発電素子２９の内周部が排
気通路３５に、また外周部がウォータジャケット３４に
それぞれ位置する如く、上述の熱発電素子２９を配設し
ている。

なＪ３、この熱発電索子２９の具体的構造は第５図に基
づいて説明した前述の熱発電素子２１のそれと同一であ
る。

第６図は前述の各ウォータジャケット６．１６を含むエ
ンジンの冷却水系統を示し、エンジン１のウォータジャ
ケットとラジェータ３６のアッパタンクとの間には、サ
ーモバルブ３７を介設してなるリターンバイブ３８を接
続Ｊるとバに、ラジェータ３６のロアタンクとエンジン
１のつ４−クジャクットとの間には、ウォータポンプ３
９を介設してなる水路４０を接続し、ざらに、上述のリ
ターンバイブ３８と水路４０との間にバイパス通路４１
を形成して通常のエンジン冷却用の冷７ＪＩ水回路４２
を構成している。

ざらにウォータポンプ３９の吐出側から分岐した分岐水
路４３に電磁弁４４を介設すると共に、この分岐水路４
３を前述のウォータジ１１クツトロ。

１６に接続し、かつウォータジャケット６．１６の流出
部４５と、ラジェータ３６のアッパタンクとを結ぶリタ
ーンバイブ４６を設番ブて、前述の冷却水回路４２と分
離独立させた熱゛電発電用の冷却水回路４７を構成して
いる。

また、上述のつＡ−クジャケット６，１６８よび熱発電
素子８，２１配設部位には、ラジェータ水圧をセンシン
グづる圧カセンザ、漏電センサなどにより構成する水漏
れセンサ４８を取付け、このセンサ４８が水漏れを検出
した時に、コントローラ５０を介して電磁弁４４を閉弁
すべく構成している。

第７図は上述の熱発電素子８の熱起電ノＪ利用の一例を
示す系統図で、各気筒にそれぞれ配設した熱発電索子８
に熱起電力取出し用のライン４９を接続し、このライン
４９をコントローラ５０に接続する一方、コントローラ
５０の制御出力ライン５１をオイルポンプ５２に接続し
Ｃいる。

このＡイルポンプ５２はターボチャージャ５３の軸受部
を冷ＩＪＳ潤滑する油圧ポンプで、油圧回路５４に介設
している。

また、上述のターボチャージｔ１５３は、排気系にター
ビンハウジング５５を連通し、このタービンハウジング
５５内にタービン５６を配置；ｑすると共に、シャフト
５７を介して吸気側に位″、ｊ！ｌするニアコンプレッ
サ５８を設け、ｉ非気ガスでタービン５６を回転し、こ
のタービン５６で上述の１アコンプレツサ５８を駆動し
て、自然吸入空気量以上の空気を吸気マニホルド５９を
介してエンジン１にＵｊ給する過給機である。

そして、この実施例では、エンジン１の停止後にエンジ
ン排熱（残熱）を利用して熱発電素子８から熱起電力を
取出し、上述の各要素／１９，５０゜５１を介してオイ
ルポンプ５２を駆動して、ターボブ１１−ジャ５３を冷
却し、以って凛ターボヂャージャ５３の焼付きを防止す
べく構成している。

図示実痛例は上記の如く構成するものにして、以下作用
を説明する。

エンジン１を駆動すると、燃焼空７の高温と、ウォータ
ジ！？クツ］・６の低温との両行の高い温度勾配により
、ゼーベック効果に基づいて前述の熱発電素子８には熱
起電力が生ずる。

同様に、第１図に示す別の熱発電素子２１，２９にも、
ｎ　Ｕ　ＩＪＩ気ガスと、ウォータジャケット１６．３
４内の１ンジン冷却水との両者の温度差によって熱起電
力が発生する。

そして、エンジン１の停止後において、上述の熱起電力
をコントローラ５０および制御出力ライン５１を介して
オイルポンプ５２に印加し、このオイルポンプ５２を駆
動して、潤滑油でターボヂト−ジャ５３を冷ＩＪ１シ、
その焼付きを防止する。

一方、第６図の水漏れセンサ４８からの水湿れ検出出力
があった時には、上述のコントローラ５０は分岐水路４
３に介設した電磁弁４４を閉塞し、熱発電素子８，２１
．２９破損および劣化による水漏れ時には、冷１り水回
路４７へのエンジン冷ＩＩ水の供給を遮Ｉｇｉする。

以上型するに、熱発電素子８，２１．２９の一端を、燃
焼室７、排気ボート２０．排気通路３５などのエンジン
高温部に、他端を冷７４１水通路としてのウォータジャ
クツトロ、１６．３４にそれぞれ配設したので、熱発電
素子８，２１．２９両端間で極めて高い温度勾配を得る
ことができる。

この結果、熱起電力の発生が大となり、効率のよい発電
を行なうことができるので、例えば、上述の熱起電力を
用いてエンジン停止後の補０！（クーラ、ヒータ、ター
ボチャージャ用オイルポンプなど）を作動させることが
でき、従前のＡルタネータ容聞を小さくして出力ロスの
低減を図ることができる効果がある。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、 この発明のエンジンの高温部は、実施例の燃焼室７、排
気ポート２０、排気通路３５に対応し、以下同様に、 冷却水通路は、ウォータジャクツトロ、１６゜３４に対
応するも、 この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるもの
ではない。

また、上述の実施例では、エンジン１の停止後にオイル
ポンプ５２を駆動すべく構成したが、エンジン１駆動中
おＪ、び停止後にその他の補機を駆動制ロリすべく構成
してムよいことは勿論である。

さらに、第１図においては、熱発電素子８，２１．２９
を、それぞれの箇所に配設した構造を例示したが、少な
くとも何れか１つの熱発電素子ににり熱雷発電させると
よいことは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、 第１図はエンジンの排熱利用装置を示す断面図、第２図
は第１図の■−■線矢祝断面図、第３図は第１図の要部
の拡大図、 第４図は断熱構造の伯の実施例を示す断面図、第５図は
第１図のｖ−ｖ線に沿う部分の拡大断面図、 第６図は冷却水系統を示す説明図、 第７図は排熱利用の一例を示す説明図である。 ７・・・燃焼室　　８，２１．２９・・・熱発電素子６
．１６．３４・・・ウォータジャケット２０・・・排気
ポート　　　３５・・・排気通路７・・・ｆ戻室 ００Φ　　　　　　　　　　　　　　００６，１６・・
・つ才一り＝；ｖケット 第６図 第７図 四 ｊ ８・・嚇劣電孝も

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端を高温に、他端を低温に保持することでゼーベ
   ック効果により熱起電力を発生する熱発電素子を設け、 上記熱発電素子の一端をエンジンの高温部に隣接して配
   設するとともに、他端をエンジン冷却水通路に隣接して
   配設したエンジンの排熱利用装置。